Насіннєва рідина чоловіків, більш відома як сперма, в медицині зветься еякулят. Це природна рідина, що виділяється насінниками, що має характерну слизову оболонку, в'язка і непрозора.
Виділення еякуляту відбувається внаслідок сексуального збудження за статевої близькості або мастурбації. Еякулят відрізняється специфічним запахом, подібним до аромату каштана, світлий, майже білий колір.
Смак рідини залежить від продуктів, що вживаються чоловіком, та загального стану його здоров'я. У здорових представників чоловічої статі вона має злегка солоний смак із гіркуватим відтінком. Як і будь-яка рідина людського тіла, еякулят може бути досліджений у лабораторних умовах для оцінки стану здоров'я пацієнта.
Аналіз еякуляту проводиться двома способами: бактеріологічний посів та спермограма.
Основні характеристики сперми
При статевому акті або мастурбації виділяється невелика кількість насіннєвої рідини, обсяг якої залежить від кількох факторів. Згідно з медичними нормами, він має знаходитися в межах від двох до десяти мілілітрів.
Однак у дорослих чоловіків кількість сперми може бути меншою, знижується її обсяг і з кожним статевим актом, що настає з нетривалими тимчасовими перервами. Тому лікарі найчастіше орієнтуються на межі норми від двох до п'яти мілілітрів.
Дуже часто представники сильної статі приймають зниження кількості сперми, що виділяється, за тривожну ознаку, що свідчить про погіршення чоловічої сили і здоров'я. У молодому віці чоловіки вважають, що чим більше сперми виділяється при сім'явипорскуванні, тим більший ефект він справляє на сексуальну партнерку.
Насправді, кількість еякуляту, що виділяється, і його якість – дві абсолютно різні речі. Не завжди великий обсяг сперми є показник її високої фертильності. Адже головне в еякуляті – це кількість здорових та активних сперматозоїдів, здатних досягти яйцеклітини та запліднити її.
Така запліднююча спроможність сперми розраховується в лабораторних умовах. Згідно з дослідженнями, в 1 мілілітрі сперми має бути від 20 до 25 мільйонів здорових сперматозоїдів.
Сам еякулят складається з насіннєвої плазми та формених елементів. До останніх відносяться не лише сперматозоїди, а й гоноцити. Насіннєва плазма – це основа сперми, що відповідає за її правильну структуру. Виділяється вона у тому випадку, якщо всі внутрішні чоловічі органи працюють правильно та злагоджено. Оцінити, наскільки насіння здорова, можна, лише провівши лабораторні аналізи.
Посів еякуляту та спермограма призначаються пацієнтам у таких випадках.
- Безпліддя. Цей діагноз ставиться сімейним парам, які протягом року активного статевого життя не змогли самостійно зачати дитину.
- Як обстеження перед проведенням процедури екстракорпорального запліднення.
- При підозрі на можливу втрату властивостей сперми внаслідок перенесених захворювань чи травм статевих органів (інфекційні захворювання, гормональний дисбаланс, варикоцеле тощо).
- Як профілактичне обстеження за бажанням пацієнта.
- Дослідження еякуляту входить до складу обов'язкових діагностик під час планування зачаття малюка сімейною парою.
Проте основне завдання даного дослідження – це визначення причини, яка заважає чоловікові стати батьком, тобто безпліддя. Допомагає дослідження еякуляту з'ясувати і причини зниження обсягу рідини, що виділяється, зменшення кількості активних сперматозоїдів.
Визначать дані аналізи можливі запалення та інфекції, що вразили пацієнта, що допоможе розпочати не лише лікування безпліддя, а й інших недуг, а також збільшити кількість активних сперміїв.
Бакпосів насіннєвої рідини - одна з найбільш часто виконуваних діагностик, що призначаються для дослідження чоловічого здоров'я. Діагноз «безпліддя» дедалі частіше ставиться цілком здоровим молодим людям, які інші аспекти здоров'я не скаржаться. Що ж призводить до розвитку цієї недуги?
Насамперед, це вина самого пацієнта. Нездоровий спосіб життя, шкідливі звички, неправильне харчування - все це призводить до гормонального дисбалансу організму, в результаті якого знижується кількість здорових сперматозоїдів та їх активність.
Нерозбірливість у статевих зв'язках, нехтування правилами контрацепції і, як наслідок, захворювання статевої системи також впливають на можливість чоловіка зачати дитину.
До цих факторів можна додати погану екологічну обстановку, постійні стреси та високу психоемоційну напругу, відсутність мінімальних фізичних навантажень, шкідливі робочі умови.
Завдяки аналізам лікар зможе встановити точну причину того, чому не відбувається зачаття природним шляхом, а також призначить лікування, яке усуне дані фактори, підвищить якість сперми і відновить природні функції чоловічого здоров'я. Зазвичай таке лікування включає низку заходів: прийом медикаментів, фізіотерапевтичні процедури, зміна способу життя.
Завдання бактеріологічного посіву – визначити причини, через які не відбувається зачаття, виявити можливі запалення, інфекційні хвороби та інші дисфункції репродуктивних систем пацієнта.
Бактеріологічний посів еякуляту та спермограма
Під час проведення даного дослідження можна виявити шкідливі мікроорганізми, присутні у еякуляті, і навіть з'ясувати чутливість патогенної мікрофлори до певним видам антибіотичних препаратів.
Бактерії та інфекції, присутні у насіннєвій рідині, можуть стати причинами зміни структури еякуляту, тобто зміни його в'язкості.
Таке явище зветься віскозіпатія. Причини її появи: простатит, варикоцеле, орхіт, запальні процеси у сечостатевих органах чоловіка. Непоодинокі випадки, коли лікар не може встановити точну причину цих змін, тоді діагноз звучить як «ідіопатична віскозіпатія».
Для уточнення діагнозу разом із бакпосевом проводиться і спермограма, яка підтверджує або спростовує «синдром в'язкої сперми». При цьому явище, в організмі виникають порушення роботи внутрішніх статевих органів, внаслідок чого процеси, відповідальні за розрідження насіннєвої рідини, протікають неправильно.
Якщо еякулят занадто в'язкий, щільний, то спермії не можуть рухатися в ньому вільно, швидкість їхнього руху знижується, вони стають нездатними досягти маткових труб і більш сприйнятливими до дії навколишніх факторів, середовища піхви та матки.
Помітити такі порушення без клінічних досліджень неможливо, оскільки обсяг сперми може залишатися колишнім, а от запліднювальна здатність дуже низькою. У нормі в'язкість еякуляту не повинна бути вищою за два сантиметри. Перевищення стає основою постановки діагнозу «вискозипатія».
При проведенні спермограми враховуються такі дані насіннєвої рідини та параметри, як і при інших обстеженнях, а також деякі додаткові характеристики: якість сперміїв, наявність або відсутність еритроцитів (в нормі їх не повинно бути), наявність або відсутність слизових форм рідини, а також біохімічні параметри .
Коли призначається бактеріологічний посів
Бакпосів сперми проводиться паралельно з вивченням характеристик простатичного секрету. Ці процедури призначаються всім пацієнтам, у яких лікар підозрює наявність запального процесу.
Обстеження необхідно для того, щоб виявити інфекційні захворювання та призначити лікування, здатне зупинити дані процеси та не допустити їх перехід у гострі чи хронічні стадії. 
У результаті дослідження виявляються патогенні мікроорганізми, здатні спровокувати недуги у сфері урології чи викликати венеричні захворювання. Це одне з високочутливих досліджень, необхідне як для вибору тактики медикаментозної терапії, а й контролю проведеного лікування.
Нативний еякулят та активні форми кисню
Один із новітніх методів дослідження насіннєвої рідини – вивчення нативних (чистих, необроблених) сперматозоїдів. Така методика дозволяє вивчити еякулят на субклітинному рівні, у результаті визначаються різні аномальні явища, присутні у клітинах сперматозоїдів.
Для вивчення беруться «живі» спермії, що випромінюються під мікроскопом, що дозволяє їх збільшити у 15 тисяч разів.
Щоб провести дослідження правильно, насіннєву рідину найкраще здавати безпосередньо у самій клініці, де проводитимуться дослідження. З моменту збору до початку лабораторної діагностики має пройти не більше однієї години. Ще одна вимога перед здаванням даного аналізу - повний статевий спокій за кілька днів до відвідування лабораторії.
Як і за інших досліджень, даний аналіз вивчає як самих сперматозоїдів, так і насіннєвий секрет. Ці параметри мають відповідати здоровим нормам. Так, лужний баланс має бути в межах від 7,2 до 7,8 рН, об'єм рідини – не менше двох мл. Кількість сперматозоїдів на 1 мл – щонайменше 20 млн., причому щонайменше 50% їх повинні мати поступальний рух.
Загальний обсяг клітин з нормальною морфологічною будовою не повинен бути менше третини від усієї кількості.
Неактивні та пошкоджені сперматозоїди не повинні становити більше половини обсягу отриманої насіннєвої рідини. У випадку, якщо хоча б один із цих параметрів порушений, можна говорити про чоловічу безплідність.
Бувають ситуації, як у нативному еякуляті спостерігається надлишкова продукція активних форм кисню (АФК). АФК є основними причинами окисних процесів у насінній рідині. Причинами такого явища можуть бути хвороби статевої системи, аутоімунні розлади організму, вплив навколишнього середовища.
Також продукція АФК збільшується із віком пацієнта, при хронічних недугах ендокринної системи, при тяжких фізичних навантаженнях. Усе це впливає обсяг сперміїв в еякуляті, а відсутність їх необхідної кількості веде до безпліддя.
Як підготуватися до здачі аналізу
Щоб провести обстеження правильно та отримати максимально точні результати, слід відповідально підготуватись до здачі еякуляту. Збір його проводиться лише у спеціальні стерильні одноразові контейнери, які видаються у клініці, що проводить подібні аналізи.
Заборонено використовувати для збирання будь-яку скляну тару з-під харчових продуктів, презервативи, пластикові пакети тощо.
Дуже важливо відзначити на контейнері не лише дату, коли було зібрано еякулят, а й точний час. Від цього залежатиме точність деяких показників, що вивчаються у процесі діагностики. Для проведення аналізу варто віддати перевагу клініці, рекомендованій лікарем.
Щойно еякулят зібрано, його слід негайно відвезти до лабораторії. Небажано зберігати зібраний біоматеріал. Але якщо такої можливості немає, контейнер не потрібно ставити у холодильник.
Оптимальна температура зберігання – від 20 до 40 градусів. Відсутність належних умов зберігання може призвести до помилкових результатів. Також за кілька днів до проведення аналізу варто відмовитись від інтимних відносин.
Результати аналізів зазвичай одержують протягом доби з моменту здачі біоматеріалу до лабораторії. Отриманий бланк із особистими даними, основними параметрами, нормами та вивченими показниками видається на руки пацієнту.
Розшифровку отриманих даних проводить тільки лікар, який дав направлення на проведення діагностики. Він встановлює остаточний діагноз і призначає лікувальну терапію. Іноді, крім лікаря-репродуктолога, може знадобитися консультація та інших фахівців: уролога, венеролога, хірурга, ендокринолога.
За результатами проведених лабораторних досліджень лікар встановить точну причину безпліддя та призначить лікування, покликане збільшити кількість активних та здорових сперміїв у насінній рідині. Але крім прийому медичних препаратів і різних фізіопроцедур, лікування має включати інші параметри.
Збільшити якість сперми допоможе дотримання здорового способу життя. Відмова від спиртних напоїв та цигарок допомагає покращити результати аналізів у найкоротший час.
Еякулят стане якіснішим, якщо в життя пацієнта увійдуть навіть мінімальні фізичні навантаження: ранкова зарядка, прогулянки, відмова від ліфта тощо.
Якщо є можливість відвідувати фітнес-центри, варто віддати перевагу тренуванням, які не призведуть до надмірного перегріву організму. Це може бути плавання, йога, вправи на розтяжку.
Збільшити кількість активних сперматозоїдів здатні перерви в роботі, якщо вона пов'язана з тривалим сидінням на одному місці. Регулярні перерви щогодини, при яких пацієнт зможе встати і походити по кімнаті, дозволять не тільки дати відпочинок очам, але й покращити кровообіг у тазі, що впливає на стан чоловічого здоров'я.
Якщо стати можливості немає, можна виконати кілька вправ сидячи.
Важливо правильно і регулярно харчуватися, відмовитися від перекушування, особливо шкідливою їжею. Щоб еякулят був якісніший, основу раціону повинні становити білкові та рослинні продукти, а також риба та кисломолочні напої. Харчуватись потрібно регулярно, часто і невеликими порціями.
Варто уникати зайвих стресів та емоційних перенапруг, які також безпосередньо впливають на стан чоловічого здоров'я.
Збільшити обсяг сперматозоїдів допоможе відмова від відвідування місць, де спостерігається підвищення температурного режиму: лазня, пляж. Нижня білизна, особливо у літній період, має бути лише з натуральних тканин.
Синтетика підвищує температуру тіла в паху, що знижує якість сперми.
Такі прості заходи допоможуть доповнити лікування, призначене фахівцем, що лікує, в більш короткі терміни покращити результати аналізів і швидше зачати довгоочікуваного малюка.
Лікар сексопатолог-андролог 1 категорії. Голова Херсонського осередку Української асоціації планування сім'ї.
1 Системний червоний вовчак (СКВ) є класичним аутоімунним захворюванням, у патогенезі якого провідну роль відіграють гіперпродукція цитотоксичних аутоантитіл до ДНК, формування імунних комплексів з їх подальшою фіксацією під базальною мембраною епідермісу та в стінках дрібних судин, а також процеси апопто. У розвитку органних уражень при цьому захворюванні особливе значення має збільшення продукції фагоцитами активних форм кисню (АФК), що мають високу гістодеструктивну дію. У доступній літературі ми не знайшли робіт щодо особливостей продукції активних форм кисню (АФК) ключовими клітинами гострого та хронічного запального процесу – циркулюючими нейтрофілами та моноцитами при суглобовому синдромі у хворих на ВКВ.Нами досліджено продукцію АФК нейтрофілами (Нф) і моноцитами(Мн) за допомогою тестів люмінолзалежної та люцигенінзалежної (спонтанної та індукованої вбитим стафілококом) хемілюмінесценції (ХЛ), що відображають відповідно продукцію високотоксичних активних форм кисню 6 , а також у 22 здорових донорів Середній вік хворих на ВКВ становив 41,4±10,9 року, тривалість процесу відповідно 11±4 роки. Мінімальний ступінь активності запального процесу (А1) діагностовано у 41 хворого (62,1%), помірний (АІІ) – у 25 (37,9%). Гострий перебіг захворювання зустрічався у поодиноких хворих (дані їх обстеження не включені в справжню роботу), підгострий перебіг – у 38 (57,6%), хронічний – у 28 (42,4%). Суглобовий синдром при ВКВ зустрічався у 49 хворих (74,2%).
У хворих на ВКВ, як за наявності, так і за відсутності ураження суглобів, продукція АФК, як Нф, так і Мн, за даними тестів спонтанної люцигенін- і люмінолзалежної ХЛ була збільшена в порівнянні з показниками групи контролю, характеризуючись виробленням широкого спектра АФК, в тому числі високотоксична, з потужною гістодеструктивною дією. Індуковані тести ХЛ характеризувалися варіабельністю, а коефіцієнти активації фагоцитів за обох форм червоного вовчаку, як правило, були зменшені, вказуючи на зниження резервних функцій циркулюючих фагоцитів.
При порівнянні досліджуваних показників у хворих на ВКВ залежно від наявності або відсутності у них суглобового синдрому констатовано зниження індукованої люцигенінзалежної ХЛ НФ та спонтанної люмінолзалежної ХЛ НФ у пацієнтів з ураженнями суглобів у порівнянні з аналогічними даними у групі хворих на ВКВ з відсутністю.
Проведені дослідження свідчать про підвищену продукцію АФК циркулюючими фагоцитами при ВКВ, незалежно від того, є або відсутні ураження суглобів. Разом з тим, розвиток уражень суглобів у хворих на ВКВ супроводжується зниженням деяких показників окислювального стресу нейтрофілів, що демонструє багатоабильність проявів окислювального стресу фагоцитів залежно від клінічних проявів, зокрема, від розвитку суглобових уражень.
Робота представлена на ІІ наукову конференцію студентів, молодих вчених та спеціалістів з міжнародною участю «Сучасні проблеми науки та освіти», 19-26 лютого 2005р. Хургада (Єгипет)
Бібліографічне посилання
Романова Н.В. ПРОДУКЦІЯ АКТИВНИХ ФОРМ КИСНЕРУ ЦИРКУЛЮЮЧИМИ ФАГОЦИТАМИ І СУСТАВНИМ СИНДРОМ ПРИ СИСТЕМНОЇ ЧЕРВОНОЇ ВОВЧАНЦІ // Успіхи сучасного природознавства. - 2005. - № 3. - С. 116-116;URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=8239 (дата звернення: 30.01.2020). Пропонуємо до вашої уваги журнали, що видаються у видавництві «Академія Природознавства»
Безпліддя- Це нездатність сексуально активної подружньої пари, не застосовуючи контрацепції досягти вагітності протягом більше одного року.
Приблизно 25% подружніх пар стикаються з відсутністю зачаття протягом одного року. З них 15% проходять лікування щодо безпліддя.
Чоловічий фактор займає приблизно 40% серед причин безплідного шлюбу, останні десятиліття спостерігається незрозуміле прогресивне зниження кількості сперматозоїдів в еякуляті. Приблизно 6-8% чоловіків є безплідними. Близько 40% становить жіноче безпліддя та 20% змішане.
Діагностика чоловічої безплідності:
Діагностика чоловічого безпліддя ґрунтується на комплексній оцінці стану чоловічої репродуктивної системи, лікар андролог проводить обстеження у певній послідовності. Діагностику починають з мінімуму і при необхідності розширюють.
Мінімальний алгоритм обстеження чоловіка при безплідді:(цей алгоритм дозволяє верифікувати діагноз та виявити порушення здатності до запліднення у чоловіків, дозволяє оцінити анатомо-функціональний стан органів репродуктивної системи).
1. Консультація (збір анамнезу, скарг) та огляд лікаря андролога.
2. Оцінка показників спермограми – оцінюють чоловічу фертильність (якість сперми). Є точкою відліку необхідності подальших дій (аналіз здають шляхом мастурбації в окремо відведеному приміщенні, перед цим 3 дні помірності від статевих контактів, не пити алкоголь, не відвідувати лазню). Види патоспермії.
3. MAR-тест – виключають імунну безплідність (підготовка така сама як і при здачі спермограми).
4. УЗД + Доплерометрія органів мошонки – дослідження яєчок, придатків та кровопостачання цих органів. Виключає хірургічну, запальну та фізіологічну патологію.
5. ТРУЗІ передміхурової залози та насіннєвих бульбашок – більш детальне дослідження передміхурової залози, яке дозволяє розглянути її структуру та виключити гострі та хронічні запальні процеси.
Повний алгоритм обстеження чоловіка при безплідді:(Проводять після мінімального алгоритму з метою уточнення діагнозу або за наявності скарг з боку пацієнта).
1. Гормональний статус – аналіз крові на основні гормони, що відповідають за нормальне протікання сперматогенезу та чоловіче лібідо.
2. Генетичні дослідження – виконують за призначенням лікаря андролога, виходячи з клінічної ситуації (прямим показанням для дослідження є виражена патоспермія).
3. ПЛР – діагностика інфекцій ЗПСШ – виключають основні інфекції, що передаються статевим шляхом та їх можливий вплив на зниження якості сперми та відсутність зачаття, викидень або завмирання вагітності (мазок із сечовипускального каналу, за 2 години до дослідження не мочитися).
4. Посів сперми - дослідження еякуляту виконують у випадках підвищення лейкоцитів або появі бактерій у спермі (аналіз здають шляхом мастурбації в стерильний контейнер, помірність не обов'язково).
5. Сік передміхурової залози – (секрет простати) – виключають запальний процес у передміхуровій залозі – простатит (перед аналізом обов'язково 3 дні статевої помірності).
6. Визначення рівня вільних радикалів (ROS) – один із факторів, здатний знижувати чоловічу фертильність ROS – гіперпродукцію активних форм кисню (озон, вільні радикали, перекис водню). У невеликих кількостях АФК необхідні нормальної регуляції функції сперматозоїдів (гіперактивація і акросомальна реакція). Але надлишкова продукція АФК призводить до пошкодження мембрани сперматозоїдів, зниження їх рухливості та порушення запліднюючої здатності. Крім того, АФК безпосередньо пошкоджують ДНК хромосом та ініціюють апоптоз сперматозоїдів.
7. Акросомальна реакція - (це хімічні зміни на головці сперматозоїда, що дозволяють проникнути йому в яйцеклітину)- при контакті сперматозоїда з прозорою областю оболонки яйцеклітини, акросома сперматозоїд. .
8. Електронно-мікроскопічне дослідження сперматозоїдів (NEW) – новий метод більш детального вивчення та виявлення патологічних внутрішніх структур у сперматозоїдів та вмісту насіннєвої плазми.
9. Біохімія еякуляту – дослідження складу насіннєвої плазми, що відображає роботу таких органів як передміхурова залоза, насіннєві бульбашки та придатки яєчок. (Досліджують рівень фруктози, лимонної кислоти, нейтральної альфа - глікозидази, простатичної кислої фосфатази, цинку).
10. Дослідження морфології по Крюгеру - більш поглиблене дослідження морфології сперматозоїдів при виконанні звичайної спермограми (виконують разом із спермограмою). Розгорнута спермограма – до неї входить стандартна спермограма (показники рекомендовані ВООЗ) + MAR-тест (IgG; IgA) + морфологія за Крюгером.
11. Проба Курцрока-Міллера; Тест Шуварського – виявлення імунологічного конфлікту між чоловіком та жінкою на рівні шийки матки (шийковий фактор, посткоїтальний тест).
12. HLA – типування подружжя (при не виношуванні вагітності). Проводиться визначення антигенів тканинної сумісності в подружжя. Виконують забір венозної крові та виділення з неї клітин лейкоцитів, на поверхні яких розташовані антигени тканинної сумісності.
13. Діагностична біопсія яєчок – виконують за призначенням лікаря андролога, у випадках з азооспермією (необхідна для встановлення точного діагнозу та вибору подальшої тактики лікування).
14. ПСА – простат специфічний антиген, дослідження виконують усім чоловікам старше 45 років.
15. Лабораторні методи діагностики – призначає лікар за показаннями: загальний аналіз сечі, посів сечі, загальний аналіз крові, біохімія крові та ін.
16. Визначення онкомаркерів – призначення виконує лікар за показаннями.
ПРИЧИНИ ОКСИДАТИВНОГО СТРЕСУ СПЕРМАТОЗОЇДІВ(АФК\ROS тест)
Активні форми кисню (АФК), або reactive oxygen species (ROS), є метаболітами кисню і включають супероксид-аніон, перекис водню, гідроксильні та гідропероксильні радикали та оксид азоту.
Коли АФК присутні у спермі надлишку, вони можуть ініціювати патологічні зміни сперматозоїдів, викликаючи окисне пошкодження клітинних ліпідів, білків та ДНК. Такі порушення отримали назви оксидативний стрес (ОС) сперматозоїдів.
За рахунок зниження рухливості, порушення акросомної реакції, пошкодження рецепторів сперматозоїдів ОС призводить до зниження ймовірності настання вагітності. Викликаючи розриви (фрагментацію) ДНК сперматозоїдів ОС призводить до порушення розвитку зародка, що супроводжується завмерлими вагітностями, викиднями на ранніх термінах, аномаліями розвитку та виникненням злоякісних новоутворень у дітей.
Ч ялиновий сперматозоїд дуже сприйнятливий до оксидативного стресу.
ОС сперматозоїдів надає негативний вплив, як у прогноз природного зачаття, і результати допоміжних репродуктивних технологій (ДРТ), зокрема. ІКСІ.
Відповідно до Рекомендацій Всесвітньої Організації Охорони Здоров'я (WHO-2010), Європейської асоціації репродукції людини та ембріології (ESHRE-2016) та Європейської урологічної асоціації (EAU-2017) визначення АФК входить до переліку рекомендованих методів обстеження при чоловічому безплідді та порушеннях.
| Аналізи | Ціна | |
| Продукція активних форм кисню у нативній спермі | 1355 | Записатися на прийом |
| Продукція активних форм кисню відмитими сперматозоїдами | 2678 | Записатися на прийом |
| Оцінка кількості формазанів у сперматозоїдах | 2000 | Записатися на прийом |
| Антиокислювальна активність сперми | 2142 | Записатися на прийом |
F Оксидативний стрес сперматозоїдів має місце у 30-80% (за нашими даними близько 40%) випадків при бездітному шлюбі.
Чинники ризику ОС сперматозоїдів численні:
інфекційно-запальні процеси в органах сечостатевого тракту;
варикоцеле;
крипторхізм;
перегрівання при гарячкових станах, або дії зовнішніх джерел тепла (сауна, гаряча ванна та ін);
психо-емоційні стреси;
аутоімунні реакції проти сперматозоїдів, що супроводжуються виробленням антиспермальних антитіл (АСАТ);
системні захворювання (діабет, подагра та ін);
куріння;
вік старше 40 років;
нестача антиоксидантів в їжі;
генетичні дефекти системи антиоксидантного захисту.
Для оцінки ОС сперматозоїдів у наукових дослідженнях можуть застосовуватись різні тести: прямі методи визначення АФК (хемілюмінесценція, NBT-тест), або непрямі методи оцінки пошкоджень, що виникли в результаті ОС (визначення ізопростану, малонового альдегіду та ін.).
Єдиний метод оцінки оксидативного стресу, рекомендований ВООЗ-2010 для клінічних цілей – метод люмінолзалежної хемілюмінесценції, який ми використовуємо.
У цій процедурі застосовується чутливий люмінометр для вимірювання малих кількостей світла, що генерується сперматозоїдами людини, у присутності хемілюмінесцентного зонда, такого як люмінол. Описана у Керівництві ВООЗ-2010 та використовувана нами методика заснована на застосуванні суміші люмінолу та пероксидази хрону для проведення чутливих вимірювань утворення перекису водню.
Приклади запису люмінозалежної хемілюмінесценції еякулятів різних пацієнтів
(Криві I-IV).
В еякуляті людини АФК продукуються сперматозоїдами, незрілими клітинами сперматогенезу та лейкоцитами. Один лейкоцит може генерувати щонайменше 100 разів більше АФК, ніж сперматозоїд.
Різні модифікації методу застосовуються для оцінки функціональної активності лейкоцитів та безпосередньо ОС сперматозоїдів.
У нашій лабораторії нині застосовують три методи оцінки ОС на основі хемілюмінесценції:
- визначення АФК в нативному еякуляті, що відображає сумарну продукцію АФК, що залежить значною мірою від концентрації лейкоцитів та активності запального процесу;
- оцінка продукції АФК відмитими сперматозоїдами (на 10 млн. клітин), що відображає вираженість внутрішньоклітинного ОС;
- визначення антиокислювальної ємності насіннєвої плазми, що є основою призначення антиоксидантів.
Насіннєва плазма має властивості зв'язувати надмірну продукцію АФК, але активність антиоксидантних ферментів може бути у деяких чоловіків недостатньою. Для характеристики антиоксидантної ємності сперми використається спеціальна методика з використанням сульфату заліза.
Запис хемілюмінесценції модельної системи, що генерує АФК (крива М), та модельної системи, що генерує АФК, з додаванням 0,1 мл спермоплазми пацієнтів I, II, III, IV (криві I-IV).
Лікар мед. наук, професор В.А.Божедомов
Декілька цитат про роль активних форм кисню (АФК/ROS):
- «…Високе виробництво ROS може викликати перекисне пошкодження та втрату функції сперми, а також пошкодження ДНК, як у ядерному, так і в мітохондріальному геномах…»
за WHO laboratory manual for examination and processing of human semen / Editor-in-chief Dr. Trevor G. Cooper - 5th ed. 2010: 132.
- «… Оксидативний стрес є однією з провідних причин ушкодження спермальних ДНК…»
По C. Celik-Ozenci, G. Huszar // Male infertility. S.J.Perekatti, A.Agarwal (Eds.). Springer New York Heidelberg Dordrecht London, 2012: 462.
- «…Вважається, що від 30% до 80% випадків чоловічої безплідності пов'язані з ушкоджуючою дією окисного стресу на сперму, і 1 людина з 20 страждатиме через це від субфертильності…»
Showell MG. та ін. Antioxidants for male subfertility (Review). Copyright © 2014 The Cochrane Collaboration. Published by JohnWiley & Sons, Ltd.
- «…Підвищення рівня ROS, пов'язане з лейкоцитоспермією, може призвести до пошкодження клітинних мембран, позаклітинних протеїнів, органел та спермальних ДНК…»
По Smelov V.// Prostatitis and its management. T.Cai, T.E.B.Johansen (Eds.).-Springer Cham Heidelberg New York Dordrecht London, 2016: 123.
1Ця оглядова стаття розглядає існуючі в даний час уявлення про механізми, що лежать в основі генерації активних форм кисню при пермеабілізації мітохондріальних мембран. Розглянуто роль іонів кальцію та комплексів дихального ланцюга мітохондрій. Обговорюється вплив рівня піридинових нуклеотидів, компонентів антиоксидантної системи, а також участь матриксних Са2+ дегідрогеназ, що активуються. У літературі є дані, що показують, що індукція мітохондріальної Са2+-залежної доби викликає конформаційні перебудови дихальних комплексів I, II та III, що посилює генерацію активних форм кисню. Вхід кальцію в матрикс мітохондрій може збільшувати швидкості продукції активних форм кисню за рахунок активації піруватдегідрогенази та а-кетоглутаратдегідрогенази, а також сприяти виходу цитохрому з цитозоль при індукції мітохондріальної пори. Вихід глутатіону та відновлених піридинових нуклеотидів через пору знижує антиоксидантний захист матриксу мітохондрій та збільшує продукцію супероксид аніону та перекису водню. Явище сплеску активних форм кисню, викликаного пермеабілізацією мітохондрій, супроводжує різні патологічні стани, включаючи ішемію з подальшою реперфузією, тому розуміння молекулярних процесів, що лежать у його основі, необхідне подальшої розробки способів його фармакологічної корекції.
активні форми кисню
мітохондріальна пора
дихальний ланцюг мітохондрій
1. Halestrap AP, Richardson AP. Мітокондріальна перспектива transition: сучасний виразність на його identity і роль в ischaemia/reperfusion injury // Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 2015. Vol. 78. P. 129-141.
2. Brookes PS, Yoon Y., Robotham J.L. та ін. Calcium, ATP, і ROS: мітоchondrial love-hate triangle // American Journal of Physiology. Cell Physiology. 2004. Vol. 287 (4). P. 817-833.
3. Ruiz-Ramírez A., López-Acosta O., Barrios-Maya M.A., El-Hafidi M. Cell death and heart failure in obesity: role uncoupling proteins // Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2016. Vol. 2016. P. 1-11.
4. Зоров Д.Б., Juhaszova M., Sollott S.J. Мітоchondrial реактивні оксигенні види (ROS) і ROS-induced ROS release // Physiological Reviews. 2014. Vol. 94 (4). P. 909–950.
5. Andrienko T., Pasdois P., Rossbach A., Halestrap A.P. Справжній fluorescence міри з ROS і в ischemic/reperfused rat hearts: виявлені збільшення occur only після mitochondrial pore opening і attenuated by ischemic preconditioning // PLOS ONE. 2016. Vol. 11 (12).
6. Korge P., John S.A., Calmettes G., Weiss J.N. Reacttive oxygen species production induced by pore opening in cardiac mitochondria: роль role complex II // The Journal of Biological Chemistry. 2017. Vol. 292 (24). P. 9896-9905.
7. Korge P., Calmettes G., John S.A., Weiss J.N. Reactive oxygen species production induced by pore opening in cardiac mitochondria: The role of complex III // The Journal of Biological Chemistry. 2017. Vol. 292 (24). P. 9882-9895.
8. Batandier C., Leverve X., Fontaine E. Opening of mitochondrial permeability transition pore induces reactive oxygen species production at level of the respiratory chain complex I // The Journal of Biological Chemistry. 2004. Vol. 279 (17). P. 17197-17294.
9. Cadenas S. ROS і redox signaling in myocardial ischemia reperfusion injury and cardioprotection // Free Radical Biology and Medicine. 2018. Vol. 117. P. 76-89.
10. Chouchani E.T., Pell V.R., James A.M. та ін. Як unifying mechanism для мітоchondrial superoxide production при ischemia-reperfusion injury // Cell Metabolism. 2016. Vol. 23 (2). P. 254-263.
11. Гривеннікова В.Г., Виноградов А.Д. Генерація активних форм кисню мітохондріями // Успіхи біологічної хімії. 2013. Т. 53. С. 245-296.
12. Maklashina E., Sher Y., Zhou H.Z. та ін. Діяльність anoxia/reperfusion на реверсивному активному/де-активному перетворенні NADH-ubiquinone oxidoreductase (complex I) в rat heart // Biochimica et Biophysica Acta. 2002. Vol. 1556 (1). P. 6-12.
13. Гривенникова В.Г., Кареєва А.В., Віноградов А.Д. What are the sources of hydrogen peroxide production by heart mitochondria? // Biochimica та Biophysica Acta. 2010. Vol. 1797 (6-7). P. 939-944.
14. Chouchani E.T., Methner C., Nadtochiy S.M. та ін. Cardioprotection з S-nitrosation of cysteine switch on mitochondrial complex I // Nature Medicine. 2013. Vol. 19 (6). P. 753-759.
15. Imlay, J.A. А metabolic enzyme що rapidly produces superoxide, fumarate reductase of Escherichia coli // Journal of Biological Chemistry. 1995. Vol. 270. P. 19767-19777.
16. Siebels I., Drose S. Q-site inhibitor induced ROS production of mitochondrial complex II attenuated by TCA cycle dicarboxylates // Biochimica et Biophysica Acta. 2013. Vol. 1827 (10). P. 1156–1164.
17. Quinlan C.L., Orr A.L., Perevoshchikova I.V. та ін. Мітокондріальний комплекс II може створювати реактивні оксигенні види на високих сходах в межах перед і реверсії реакцій // Journal of Biological Chemistry. 2012. Vol. 287 (32). P. 27255-27264.
18. Гривенникова В.Г., Козловский В.С., Віноградов А.Д. Respiratory complex II: ROS production and kinetics of ubiquinone reduction // Biochimica et Biophysica Acta. 2017. Vol. 1858 (2). P. 109-117.
19. Chouchani ET, Pell V.R., Gaude E. et al. Ischaemic accumulation of succinate controls reperfusion injury через mitochondrial ROS // Nature. 2014. Vol. 515. P. 431-435.
20. Lemarie A., Huc L., Pazarentzos E. та ін. Специфічна розмежування комплексу II хімічної:убікіноні oxidoreductase links pH зміни до oxidative stress for apoptosis induction // Cell Death and Differentiation. 2011. Vol. 18 (2). P. 338-349.
21. Huang LS, Cobessi D., Tung E.Y., Berry E.A. З огляду на респіраторний ланцюжок inhibitor antimycin до мітоchondrial bc1 комплексу: нові кристалічні структури об'ємів, введені в внутрішньом'язовий hydrogen-bonding pattern // Journal of Molecular Biology. 2005. Vol. 351 (3). P. 573–597.
22. Vercesi A.E. Залучення NADP, трансмеmbrane потенційний і енергетичний зв'язок NAD(P) transhydrogenase в процесі Ca2+ efflux від щасливого митохондрія // Archives of Biochemistry and Biophysics. 1987. Vol. 252 (1). P. 171–178.
23. Peng TI, Jou M.J. Oxidative stress caused by mitochondrial calcium overload // Annals of the New York Academy of Sciences. 2010. Vol. 1201. P. 183-188.
24. Starkov A.A. Відображається роль мітоchondrial α-ketoglutarate dehydrogenase in oxidative stress // Molecular and Cellular Neuroscience. 2013. Vol. 55. P. 13-16.
25. Nickel AG, von Hardenberg AG, Hohl M. et al. Reversal of mitochondrial transhydrogenase causas oxidative stress in heart failure // Cell Metabolism. 2015. Vol. 22 (3). P. 472-484.
26. Wei AC, Liu T., Winslow RL, O"Rourke B. Dynamics of matrix-free Ca2+ in cardiac mitochondria: два components of Ca2+ uptake and role phosphate buffering // Journal of General Physiology. 2012. Vol. 13 6) P. 465-478.
27. Denton R.M. Regulation of mitochondrial dehydrogenases by calcium ions // Biochimica et Biophysica Acta. 2009. Vol. 1787 (11). P. 1309–1316.
28. Patterson SD, Spahr CS, Daugas E. et al. Масс спектрометричної identification of proteins released from mitochondria undergoing permeability transition // Cell Death and Differentiation. 2000. Vol. 7 (2). P. 137-144.
29. Ott M., Robertson J.D., Gogvadze V. та ін. Cytochrome c release from mitochondria proceeds by a 2-step process // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2002. Vol. 99 (3). P. 1259-1263.
30. Переверцев М.О., Вигодіна Т.В., Константинов А.А., Скулячев В.П. Cytochrome c, an ideal antioxidant // Biochemical Society Transactions. 2003. Vol. 31. Pt. 6. P. 1312-1315.
Пермеабілізацію зовнішньої мембрани мітохондрій визначають як різке збільшення її проникності для іонів та розчинів масою менше 1,5 kDa, що призводить до втрати мембранного потенціалу, набухання мітохондрій, розриву їх зовнішньої мембрани та виходу апоптогенних факторів. Цей процес відбувається після відкривання мегаканалу, відомого як Са 2+ -залежна неспецифічна мітохондріальна пора (mPTP). Відкриття mPTP, мабуть, є ключовим фактором, що викликає клітинну загибель та незворотні ушкодження органів при багатьох патологічних станах, таких як ішемія з подальшою реперфузією, нейродегенеративні захворювання, дистрофія м'язів.
Головним активатором mPTP є кальцій, при цьому чутливість до катіону багаторазово збільшується при окисному стресі. Такі умови спостерігаються при ішемії/реперфузії і вважається, що вони є головним тригером відкривання mPTP. Припущення у тому, що основний сплеск активних форм кисню (АФК) відбувається при відкритті пори і після, тривалий час ставилося під сумнів, оскільки відомо, що її індукція призводить до роз'єднання мітохондрій, але це, своєю чергою, знижує продукцію АФК . Проте групою Д. Зорова було виявлено, що акумулювання АФК у матриксі мітохондрій серцевих міоцитів при фотоактивації тетраметилродамінових похідних запускає індукцію mPTP, що супроводжується багаторазово посиленою продукцією («сплеском») АФК. Дане явище автори назвали АФК-індукований вихід АФК ("ROS - induced ROS releas" (RIRR)). Згодом з'явилося багато робіт, що демонструють сплеск АФК, спричинений індукцією mPTP. Вихід АФК у цитозоль може активувати редокс-чутливі ферменти, а також запускати складну сигнальну відповідь та генерацію АФК у сусідніх мітохондріях. Цей процес має важливе фізіологічне та патологічне значення, оскільки може індукувати загибель не тільки старих та пошкоджених мітохондрій та клітин, але й здорових. Питання про шляхи освіти АФК при індукції mPTP несе важливу наукову та практичну значущість, але досі залишається відкритим.
Мета дослідження
Провести огляд наявних у сучасній літературі даних та гіпотез про сайти та механізми продукції АФК при пермеабілізації зовнішньої мембрани мітохондрій.
Комплекс I дихального ланцюга мітохондрій
Комплекс I (НАДН-убіхінон оксидоредуктаза) є одним із головних місць продукції АФК у мітохондріях. Вважається, що основними сайтами генерації АФК в ньому виступають флавінмононуклеотид НАДН-зв'язувального сайту (сайт I f), і убісеміхінон коензим Q-зв'язуючого сайту (сайт I q). Продукція супероксиду на сайті I f відбувається під час прямого транспорту електронів, коли ФМН знаходиться в сильно відновленому стані і залежить від співвідношення НАДН/НАД + матриксі. Інгібітор коензим Q-зв'язуючого сайту ротенон збільшує продукцію супероксиду, оскільки викликає повернення електронів на ФМН. Продукція супероксиду на комплексі I відбувається під час зворотного транспорту електронів, коли пул коензиму Q повністю відновлено .
За патологічних умов збільшення ефективності АФК-генеруючих сайтів комплексу I можуть бути пов'язані з його конформаційними перебудовами. Відкриття mPTP сильно знижує ротенон-чутливу активність НАДН-убіхінон редуктази та збільшує продукцію Н 2 Про 2 у присутності ≥50 µМ НАДН . НАДН-убіхінон оксидоредуктаза характеризується повільним переходом з активного стану в неактивний і навпаки. Це передбачає великі конформаційні перебудови комплексу, по крайнього заходу тієї його частини, яка залучена в ротенон-чутливе відновлення убихинона . Було показано, що комплекс I, виділений із серця щурів, що зазнав 30-хвилинної аноксічної перфузії, переходив у неактивний стан і повертався до активного після реоксигенації. Автори припустили, що ці конформаційні перебудови можуть бути пов'язані з генерацією АФК після того, як тканини серця, що зазнали коронарної оклюзії, реоксигенуються. Перехід комплексу в неактивний стан супроводжується специфічним демаскуванням Cys39 субодиниці ND3. Було показано, що нітрозуючі сполуки, оборотно модифікують даний цистеїн, можуть використовуватися як фармакологічний захист від генерації АФК при реперфузії.
Комплекс II дихального ланцюга мітохондрій
Комплекс II, або сукцинат-убіхінон оксидоредуктаза, є тетрамерним, що містить залізо-сірчані кластери флавопротеїном внутрішньої мембрани мітохондрій. Він одночасно бере участь у роботі циклу Кребса та дихального ланцюга, здійснюючи перетворення сукцинату на фумарат та відновлюючи убіхінон до убіхінолу.
Можливість утворення АФК флавіном фумаратредуктази E. coli (сайт II f) у присутності низьких концентрацій дикарбонових кислот уперше була показана у роботі. Згодом продукція АФК була продемонстрована на субмітохондріальних частинках мітохондрій бичачого серця та скелетних м'язів. Інгібітор комплексу II атпенін А5 та інгібітор комплексу III стигмателлін, який блокує окиснення убіхінолу комплексом III, стимулюють продукцію АФК комплексом II у присутності сукцинату. Малонат, навпаки, інгібує генерацію АФК комплексом II, що вказує на те, що АФК утворюються на повністю відновленому флавіновому сайті II, хоча не виключені й інші сайти. Залежність продукції перекису водню від концентрації сукцинату має дзвонову форму: рівень перекису зростає зі збільшенням концентрації субстрату до 400 μМ, потім значно знижується при мілімолярних концентраціях, які зазвичай використовуються для енергізації мітохондрій. Причиною цього явища є те, що комплекс II генерує АФК лише тоді, коли його флавіновий сайт II f не зайнятий дикарбоновими кислотами. Cукцинат та інші інтермедіати циклу Кребса, які взаємодіють із сайтом зв'язування дикарбонових кислот, можуть обмежувати доступ до нього кисню і таким чином пригнічувати продукцію АФК комплексом II. Рівень сукцинату та фумарату в матриксі збільшується під час ішемії/гіпоксії, проте це не запобігає утворенню АФК. Навпаки, було показано, що акумулювання сукцинату під час ішемії сильно корелює з продукцією АФК та пошкодженнями при реперфузії. Автори припустили, що основним джерелом АФК у умовах є зворотний потік електронів через комплекс I . Однак, в умовах тривалої ішемії, коли мембрани повністю деполяризуються, цей механізм навряд чи можна здійснити. Альтернативний механізм генерації АФК передбачає отримання доступу кисню до відновленого сайту II f через зниження вмісту дикарбонових кислот у його безпосередній близькості внаслідок прискорення виходу сукцинату та фумарату з матриксу при індукції mPTP. Цей механізм вимагає інгібування комплексу II лише на рівні відновлення убихинона чи інгібування окислення убихинола комплексом III.
Конформаційні перебудови комплексу II можуть сприяти сплеску АФК при пермеабилизации мембран. Було показано, що при зниженні внутрішньоклітинного рН, що спостерігається при апоптозі, відбувається дисоціація комплексу II: субодиниці сукцинатдегідрогенази SDHA і SDHB, що здійснюють окислення сукцинату до фумарату і перенесення електронів через залізо-сірчані кластери, відокремлюються від сайту відновлення коензиму. . Це призводить до інгібування активності SQR, при цьому сукцинатдегідрогеназна активність залишається в нормі. Така дисоціація призводить до прямого одноелектронного відновлення кисню залізо-сірчаним кластером комплексу ІІ. І хоча відомо, що низький рН є інгібітором mPTP, проте цей механізм сплеску АФК може мати місце при ішемії, коли відбувається падіння рН. У цей час можуть відбуватися конформаційні перебудови комплексу II, і згодом при реперфузії, коли рН відновлюється до вихідного рівня, відкривається mPTP і спостерігається сплеск АФК, що утворюються на дисоційованому комплексі.
Комплекс III дихального ланцюга мітохондрій
Комплекс III (убіхінол-цитохром) зоксидоредуктаза) – ще один можливий сайт освіти АФК. Цей білок здійснює перенесення електронів від убіхінону на цитохром. зу процесі функціонування так званого Q-циклу. У ході даного процесу відбувається утворення нестабільного семіхінону, який може передавати електрон на кисень, утворюючи у своїй супероксидний радикал. Однак у нормальних умовах така реакція малоймовірна, оскільки семіхінон швидко окислюється цитохромом b. Різке зростання рівня супероксиду відбувається при інгібуванні комплексу антиміцином А, а також при ішемії тривалістю понад 30 хвилин. Однією з причин цього явища можуть бути його конформаційні перебудови, спричинені зв'язуванням інгібітору. На ізольованих мітохондріях серця було показано, що комплекс III, заінгібований за допомогою антиміцину A, генерує значну кількість АФК у присутності Mg 2+ та НАД + та у відсутності екзогенних субстратів при індукції mPTP кальцієм та аламетицином. Автори показали, що в цих умовах продукція перекису водню відноситься до Mg 2+ -залежної генерації НАДН малатдегідрогенази. Продукція H 2 O 2 інгібувалася стигмателіном та пірицидином, що вказує на важливість НАДН-залежного відновлення убихинона для генерації АФК у даних умовах. Ці дані підтверджують гіпотезу, згідно з якою під час ішемії при індукції mPTP збільшення концентрації Mg 2+ , НАД + у матриксі активує малатдегідрогеназу, яка відновлює НАД + , використовуючи малат, концентрація якого підвищується внаслідок збільшення рівня сукцинату та фумарату. Відновлені еквіваленти надходять на інгібований комплекс III, внаслідок чого відбувається сплеск АФК.
Роль піридинових нуклеотидів у генерації АФК
Раніше було показано, що окислення НАД(Ф)Н матриксу мітохондрій передує відкриттю mPTP. Крім того, індукція пори призводить до витоку піридинових нуклеотидів у цитозоль клітини. Ця зміна балансу НАД(Ф)Н має проводити продукцію АФК при пермеабилизации мітохондрій. Залежність генерації АФК від концентрації НАДН було досліджено групою А. Виноградова. Було показано, що максимальна продукція супероксиду досягає максимуму при концентрації НАДН 10-50 μМ, при милімолярних концентраціях продукція радикала гальмується. Так як фізіологічні концентрації НАДН/НАД + пари матриксу знаходяться в мілімолярному діапазоні, то внесок комплексу I у генерацію АФК у нормальних умовах може бути незначним. Було виявлено, що в пермеабілізованих мітохондріях відбувається висока, залежна від відношення НАД(Ф)Н/НАД(Ф) + і амонію, що стимулюється іонами, Н 2 Про 2 . При цьому вихід перекису водню був нечутливий до дикумаролу (інгібітору НАДН-хінон оксидоредуктази) та НАДН-OH (інгібітору комплексу I), що вказує на матриксну локалізацію H 2 O 2 -генеруючого сайту. Досліджуваний білок мав НАДН:ліпоамід оксидоредуктазною активністю і був ідентифікований як дигідроліпоаміддегідрогеназу. Даний білок є важливим компонентом (так званим Е3 компонентом) двох ФАД-з вмістом мітохондріальних ферментів: а-кетоглутаратдегідрогеназного комплексу та піруватдегідрогеназного комплексу. Згідно з даними, отриманими на очищених комплексах та на ізольованих мітохондріях, компонент Е3 відповідає за продукцію супероксиду та перекису водню. Було показано, що пермеабілізовані мітохондрії серця щурів, що окислюють НАДН, продукують близько 50% перекису водню за рахунок роботи комплексу I, а решта 50% припадають на долю дигідроліпоаміддегідрогенази.
Відновлені форми піридинових нуклеотидів не тільки постачають електрони в дихальний ланцюг мітохондрій, але також регулюють редокс-статус матриксу через про- та антиоксидантні білки. Одним з таких білків є глутатіон, який, спільно з НАДФН, є субстратом антиоксидантних білків глутатіонпероксидази та глутатіонредуктази. При відкритті mPTP може відбуватися вихід НАДФH і глутатіону, що викликає накопичення Н 2 Про 2 . Більш того, в даних умовах через падіння мембранного потенціалу нікотинаміднуклеотидтрансгідрогеназа (НАДФН-трансгідрогеназа) не може підтримувати високий рівень відновленого НАДФ +, що сприяє окислювального стресу. У фізіологічних умовах даний фермент здійснює регенерацію НАДФН у прямій реакції, використовуючи НАДН як субстрат. Ця реакція енергетично вигідна, оскільки трансгидрогенирование між НАДН та НАДФН пов'язане з протонним градієнтом вздовж внутрішньої мембрани. Однак у патологічних умовах вона може протікати у зворотному напрямку, регенеруючи НАДН для синтезу ATP за рахунок утилізації НАДФН. Таким чином, антиоксидантний захист, пов'язаний з рівнем відновленості НАДФ + падає, що сприяє продукції H 2 O 2 .
Роль кальцію у генерації АФК
Відомо, що збільшення концентрації кальцію в матриксі мітохондрій запускає індукцію mPTP, при цьому чутливість пори до катіону збільшується при окисному стресі, підвищення рівня фосфату і зниження пулу аденінових нуклеотидів. Концентрація іонів кальцію в матриксі мітохондрій знаходиться близько 10 nМ. При цьому їхня кальцієва ємність дуже висока, ізольовані мітохондрії здатні секвеструвати більше 1M кальцію з середовища, підтримуючи концентрацію вільного кальцію в мікромолярних межах, в яких відбувається регуляція Ca 2+ -залежних ферментів. До таких ферментів відносяться піруватдегідрогеназа та а-кетоглутаратдегідрогеназа. Їх активація призводить до посилення дихання та синтезу АТФ та, ймовірно, до підвищення продукції АФК.
У процесі пермеабілізації мітохондріальних мембран відбувається вихід з міжмембранного простору та матриксу приблизно 100 білків, у тому числі таких важливих елементів антиоксидантного захисту, як глутатіон та цитохром. з.
Цитохром зє позитивно зарядженим білком, який пов'язаний із кардіоліпіном на зовнішній стороні внутрішньої мембрани мітохондрій, а також з дихальними комплексами III та IV. Було показано, що вихід цитохрому зє двоступінчастим процесом, що включає від'єднання білка від внутрішньомембранних зв'язувальних сайтів і подальшу транслокацію через зовнішню мембрану . Ca 2+ може посилювати дисоціацію цитохрому звід внутрішньої мембрани, оскільки є його конкурентом за зв'язування із негативно зарядженим кардіоліпіном. Це сприяє виходу цитохрому зу цитозоль при індукції mPTP. Більш того, АФК, що утворюються при пермеабілізації мембран, можуть викликати окислення кардіоліпіну, що призводить до зміни його фізичних властивостей, що також може посилювати вихід цитохрому. зз мітохондрій та сприяти ще більшій генерації АФК. Знижений рівень білка уповільнює транспорт електронів від комплексу III до комплексу IV і, таким чином, збільшує продукцію АФК Q-циклі. Крім того, цитохром зсам собою є ефективним антиоксидантом, здатним ефективно відновлюватися супероксид аніоном . Таким чином, підвищення концентрації кальцію в мітохондріях стимулює вплив на АФК-продукуючі ферменти матриксу і призводить до падіння антиоксидантного захисту, тим самим збільшуючи загальний рівень АФК, що генерується мітохондріями.
Висновок
Мітохондрії є одночасно потенційним джерелом та мішенню дії АФК, що призводить до втрати мітохондріальних функцій і, як наслідок, до незворотного пошкодження клітин при багатьох патологічних процесах. Важливу роль при цьому відіграє mPTP, індукція якої може призводити до потужної генерації АФК, які надають ушкоджуючу дію на сусідні органели та цілі клітини. Нині причини цього явища слабо вивчені, хоча у літературі є кілька гіпотез. Передбачається, що в основі сплеску АФК можуть лежати конформаційні перебудови комплексів дихального ланцюга, активація дегідрогеназу матриксу внаслідок дії Са 2+ , зміна балансу НАД(Ф)Н/НАД(Ф) + матриксу та виснаження антиоксидантної системи. Подальше дослідження механізмів і сайтів продукції АФК при індукції mPTP є необхідним, оскільки їхнє точне визначення дозволить розробити способи їх регуляції для запобігання розвитку багатьох патологічних станів організму.
Робота виконана за підтримки гранту РНФ №17-75-10122.
Бібліографічне посилання
Харечкіна Є.С., Никіфорова А.Б. МЕХАНІЗМИ ГЕНЕРАЦІЇ АКТИВНИХ ФОРМ КИСНЕРУ ПРИ ПЕРМЕАБІЛІЗАЦІЇ МИТОХОНДРІАЛЬНИХ МЕМБРАН // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2018. - № 4.;URL: http://сайт/ua/article/view?id=27719 (дата звернення: 30.01.2020).
Пропонуємо до вашої уваги журнали, що видаються у видавництві «Академія Природознавства»